Licht für den Menschen. Dr. Andreas Wojtysiak, Osram GmbH Frankfurt,

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1 Licht für den Menschen Dr. Andreas Wojtysiak, Osram GmbH Frankfurt,

2 Licht wirkt auf den biologischen Organismus Licht ermöglicht gutes Sehen Abbildung Lichtintensität Information Form Konstrast Wahrnehmung Licht steuert biologische Vorgänge Aufmerksamkeit Hormone Innere Uhr Müdigkeit Circadianer Rhythmus Licht erzeugt Stimmungen Komfort Zufriedenheit Entspannung Wohlbefinden Licht für den Menschen,

3 Bestimmt die innere Uhr unsere Leistung? Höchste Leistung ermöglicht das Adrenalin Man muss sich dann halt konzentrieren Das ist eine Frage des Willens Licht für den Menschen,

4 Rhythmen in Botenstoffen und Körperfunktionen Wachstumshormon Melatonin Temperatur :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 Zeit 3000 Testosteron Blutdruck Cortisol 1000 Licht für den Menschen,

5 Rhythmen beeinflussen unsere Wachheit Krüger 2003 Wachheit Fehlerquote Licht für den Menschen,

6 Rhythmen beeinflussen unsere Kraft Kraft [kg g] Sargent :00 14:00 22:00 06:00 Uhrzeit [h] Service e Geschwindigkeit [m/s] Service Genauigkeit [Punkte] Drust :00 14:00 18:00 Uhrzeit [h] Licht für den Menschen,

7 Was wirkt auf den Rhythmus? Aktivität Stress Nahrungsaufnahme Historie Licht für den Menschen,

8 Produktivität und Beleuchtungsstärke Quelle: Industrielle Beleuchtung u. Produktivität (Metallindustrie) V. Bommel, W.J.M., et al., Licht 2002, Maastricht Licht für den Menschen,

9 Positive Folgen biologisch wirksamer Beleuchtung Funktion: Kognition: Belegte Wirkungen: Aktivierung Leistungsfähigkeit verbessert Reaktionsfähigkeit verbessert Wohlbefinden: Stimmungsaufhellung Stabilisierung des Rhythmus Rückgang von Depressionen Einschätzung der Leistungsfähigkeit Schlaf: verkürzte Einschlafphase mehr Tiefschlaf Licht für den Menschen,

10 DOE: Fact Sheet zu biologischen Lichtwirkungen Licht für den Menschen,

11 Visuelle und nicht-visuelle Lichtwirkungen beruhen auf unterschiedlichen Rezeptoren Foster 2007 visuell Stäbchen, Zapfen biologisch iprgc (intrinsisch photosensitive retinale Ganglienzellen) Licht für den Menschen,

12 Das biologische System visuell Sehvorgang biologisch Rhythmus Geistige Leistungsfähigkeit Vandewalle & Dijk 2009 Rhythmus des Schlafhormons Melatonin sofort 30 sec 15 min PET/fMRI Scans zeigen Aktivierung im Gehirn Licht für den Menschen,

13 Die spektrale Empfindlichkeit für visuelle vs. nicht-visuelle Lichtwirkungen unterscheidet sich visuell Spektrale Wirkfunktionen 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 biologisch 0,3 0,2 0,1 0, Wellenlänge [nm] Licht für den Menschen,

14 Kaltweiße Lichtquellen sind biologisch effizienter visuell Spe ektrale Empfindlichkeit s ms (λ) V(λ) Warmweiße LED biologisch Spektrale Empfindlichkeit s ms (λ) V(λ) Kaltweiße LED Licht für den Menschen,

15 Spektren üblicher Lichtquellen Kerze Halogen 3000K LED 3000K FL 825 FL 827 FL 840 a mel, v = 0,26 a mel, v = 0,47 a mel, v = 0,46 a mel, v = 0,25 a mel, v = 0,32 a mel, v = 0,50 D65 a mel, v = 0,91 FL 965 Therapie a mel, v = 0,83 LED 6500K a mel, v = 0,73 FL 965 CRI a mel, v = 0,96 FL 880 a mel, v = 0,87 FL 17000K a mel, v = 1,00 Licht für den Menschen,

16 LED Kombinationen bieten neue Möglichkeiten LED Spektrum aus kaltweiß und blau K mit Ra=80 Vorbild: Tageslicht Licht für den Menschen,

17 LED Kombinationen bieten neue Möglichkeiten LED Spektrum aus amber, grün, blau 1500 K mit Ra=90 a mel, v = 0,05 Vorbild: Kerze Licht für den Menschen,

18 Die Photorezeptoren in der Netzhaut des Auges visuell Zapfen sind in der Sehgrube konzentriert Sehsinn, Bilderkennung Hohe Auflösung Netzhaut Blutgefäße Sehgrube Sehnerv Iris Linse Hornhaut Pupille biologisch iprgcs sind weit verteilt Höhere Empfindlichkeit im unteren Teil der Netzhaut Große rezeptive Felder Licht für den Menschen,

19 Flächiges Licht von oben wirkt effektiver als Spots Auge visuell biologisch Licht für den Menschen,

20 Das richtiges Licht zur richtigen Zeit Flächige Lichtverteilung wegen der Verteilung der Rezeptoren Höhere Beleuchtungsstärken an Decke und oberer Wand wegen der Empfindlichkeit der Rezeptoren Spot-artige Beleuchtung stimuliert nur wenige iprgcs Beste Option! Reduktion auf die Sehaufgabe (im Idealfall) Zweitbeste Option Licht für den Menschen,

21 Änderungen im Rhythmus im Verlauf des Lebens In der Jugend Genetisch fixierter Wandel zu späteren Chronotypen Schlechtere Leistungen Im Arbeitsleben Der Wecker bestimmt wann wir aufstehen Schlafmangel und Gesundheitsprobleme Im Alter Verlust des Rhythmus Reduzierte Lebensqualität Bei Demenz Hauptgrund für stationäre Aufnahme Schlaf Wach nach Staedt, 2008 Licht für den Menschen,

22 Im Arbeitsleben: Das Phänomen Social Jetlag Mo Mi Fr So Di Do Sa Mo Mi Fr So Di Do Sa Mo msf msw Social jetlag = MS in Stunden Mehrheit der Bevölkerung betroffen Späterer Chronotyp als msw Schlafdefizit in der Woche Coping Mechanismen Social Jetlag Das Leben im Innenraum lässt den Rhythmus nach hinten rutschen Natürliches Tageslicht zieht die innere Uhr nach vorn Unzureichende biologisch wirksame Beleuchtung vermag das nicht Mi Fr So Uhrzeit (h) Lichtanpassungen im Innenraum sind notwendig Schematisch nach Roenneberg, 2008 Licht für den Menschen,

23 Stellen der inneren Uhr Verschiebung [h] Schematisch nach Khalsa 2003 normaler Chronotyp Licht verlängert Licht verkürzt Licht verlängert :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 Körpertemperaturminimum Uhrzeit Licht für den Menschen,

24 Am Tag: Besseres Lernen in besserer Schulbeleuchtung Zielstellung Konzept Hypothesen: Chronobiologisch verbesserte Schulbeleuchtung verbessert die geistige Leistungsfähigkeit. Das Lichtkonzept aktiviert besonders die Spättypen am Morgen und bewirkt höhere Aufmerksamkeit. Referenz = Standardbeleuchtung Partner Interferenz = Chronobiologisch optimiert Licht für den Menschen,

25 Schul Studie Ulm: Set-up Schulen Studiendesign Gruppen: RBS FSS Interferenz = Chronobiologisch optimiert Acute Circ. Referenz = Standard Beleuchtung Acute Circ. Acute Circ. Acute Circ. Instrumente Aufmerksamkeitstest (d2) Kognitive Leistungsgeschwingdigkeit (ZVT) Merkfähigkeitstest (VVM) Stimmungsfragebogen Auditive Vigilanz, 2-back Schlaftagebuch MCTQ Chronotypenfragebogen Kontrollen (Sichtigkeit etc.) Cross-over vorher nachher vorher nachher Nov11 Gruppenwechsel Mar12 Licht für den Menschen,

26 Schul Studie Ulm: Licht Intervention Referenz Neutralweiße Leuchtstofflampen (4000 K) Standard Leuchten (abgependelt oder Einbau) 700 lx horizontal, 300 lx vertikal Intervention voll LED Leuchte; 4000 K direkt; indirekt UW und blau Standard Leuchten upgrade mit LED Modulen 700 lx horizontal, 300 lx vertikal Licht für den Menschen,

27 Schul Studie Ulm: Hauptergebnisse Visuo-motorische Leistung * Schnellere Ausführung der Aufgabe im Vergleich zur Referenz Aufmerksamkeit * Verbesserungen in der Gesamtleistung (Konzentrationsleistung) * Niedrigere Fehlerrate Zunahme der Leistungsgeschwindigkeit im Zahlenverbindungstest (ZVT) Zunahme in der Konzentrationsleistung (d2) Leistungszunahme * Leistungszunahme * Referenz Interferenz Referenz Interferenz Licht für den Menschen,

28 Schul-Studie Ulm: Ergebnisübersicht Leistung d2 Geschwinidigkeit d2 Fehlerrate d2 Konzentrationsleistung ZVT VVM_Route_visuell VVM _Konstruktion_verbal Computer aud. richtig Computer vis. richtig Wohlbefinden Neg. Gefühl Pos. Gefühl Interesse Exzitation/Agitation Wachheit Phase 1 Phase 2 I < R I < R I < R I < R signifikant n.s. signifikant entgegen dem Ziel Circadianer Rhythmus Chrono-Fragebofgen Schlaftagebuch I R I R I R I R Akzeptanz Lichtfragebogen Es macht mich wach Licht für den Menschen,

29 Beispiel einer Büro-Anwendung Licht für den Menschen,

30 Feldforschung: Wellness Hotel Studie Ziele: Transfer der Flugzeugkabinenstudie ins Hotel Feldstudie mit regulären Hotelgästen Verbessertes Licht in den Zimmern, Wellness- Bereich und Restaurant Ergebnisse: Verbessertes Wohlbefinden der Hotelgäste Erhöhter Erholungswert Verbesserungen im Hormonverlauf und in der Nachtruhe Licht für den Menschen,

31 Feldforschung: Psychiatrische Klinik (Vivantes, Berlin) Ziele: Unterstützung der Therapie von Depressionen Stabilisierung der biologischen Rhythmen Freundliches und helles Ambiente in der Klinik Ergebnisse: Verringerung der stationären Therapie bei unipolarer Depression von 25,9 d -> 22,0 d (Staedt 2009) Licht für den Menschen,

32 Feldforschung: interdisziplinäre Schmerztherapie Ziele: Licht als Teil einer multimodalen Therapie gegen chronische Schmerzen Strukturierung des Tages und Stabilisierung des Schlaf/Wach-Rhythmus Anti-depressive Beleuchtungsstärken Ergebnisse: Studie gestartet, Beitrag zur Therapie im Bereich von 10% erscheint realistisch Großes öffentliches Interesse (Medien) Aufmerksamkeit in den medizinischen Gesellschaften Licht für den Menschen,

33 Anwendung: Industrie- und Fertigungshallen Ziele: Verbesserung von Wachheit und Konzentration Erhöhung der Produktivität bei gleichzeitig verbessertem Wolbefinden Zukünftig: neue Strategien für eine gesundheitsschonendere Schichtarbeit Ergebnisse: Positive subjektive Rückmeldung zu Wachheit und Konzentration In Frühschichten verbesserte Produktivität ( Flextronic- Studie ) Licht für den Menschen,

34 Einflußgrößen für nicht-visuelle Effekte 1,0 Der blaue Anteil bestimmt den Effekt 0,9 0,8 visual 0,7 0,6 biological 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, wavelength [nm] Lichtquellen Weite Lichtverteilung, Licht von oben effektive Bereiche Leuchten Richtiges Licht zur richtigen Zeit LMS Hohe Beleuchtungsstärke niedrige System Licht für den Menschen,

35 Zusammenfassung und Ausblick Lichtqualität wirkt Performance, Gesundheit und Wohlbefinden Nutzer Gesundheit, Wohlbefinden, Aktivität, Performance, stabilisierter biologischer Rhythmus, Schlafqualität, Umwelt Balance von Energieeffizienz und menschlichen Bedürfnissen, nachhaltige Produkte, Industrie Innovation, neue Marktmöglichkeiten, ruhiges Gewissen, hochwertige Produkte, Der beste Transfer der positiven Gesundheitseffekte von Tageslicht in den Innenraum Licht für den Menschen,

36 Informationsquellen Licht für den Menschen,

37 Vielen Dank. Dr. Andreas Wojtysiak Frankfurt, Licht für den Menschen,